電池電量計(jì)對(duì)流入/流出電池的總電流持續(xù)進(jìn)行積分，并將積分得到的凈電荷數(shù)作為剩余容量。

簡(jiǎn)化的電池電量計(jì)如所示。其中，RSNS為mΩ級(jí)檢流電阻，RL為負(fù)載電阻。電池通過(guò)開(kāi)關(guān)、RSNS對(duì)RL放電時(shí)的電流IO在RSNS兩端產(chǎn)生的壓降為VS(t)=IO(t)×RSNS。電量計(jì)持續(xù)檢測(cè)RSNS兩端的壓差VS，并將其通過(guò)ADC轉(zhuǎn)換為N位的數(shù)字量Current(簡(jiǎn)稱(chēng)CR)，之后以時(shí)基確定的速率進(jìn)行累加，M位累加結(jié)果Accumulated_Current(簡(jiǎn)稱(chēng)ACR)的單位為Vh(伏時(shí))。對(duì)量化后的VS進(jìn)行累加相當(dāng)于對(duì)其進(jìn)行積分，結(jié)果為。

電池電量

因此，將ACR值除以檢流電阻RSNS的阻值即得到以Ah(安時(shí))為單位的電池容量。ADC轉(zhuǎn)換結(jié)果和累加后的結(jié)果都帶有符號(hào)位，按照?qǐng)D1中的連接方式，充電時(shí)CR為正，ACR遞增；放電時(shí)CR為負(fù)，ACR遞減。外部微控制器可以讀取CR和ACR值，經(jīng)過(guò)換算得到真實(shí)的充放電電流和電量值。

實(shí)際的電量計(jì)還包括一些控制和接口邏輯，通常還能檢測(cè)電池電壓和溫度等參數(shù)。一些智能電量計(jì)可以自動(dòng)完成電池自放電的修正，還可保存電池特性曲線(xiàn)，允許用戶(hù)定制電池電量計(jì)算法。

電池電量計(jì)的計(jì)算

通常，在電量計(jì)數(shù)據(jù)資料中CR的單位為mV，ACR的單位為mVh。

根據(jù)前文的說(shuō)明，CR值為取樣電阻兩端的電壓值，典型的12bitCR如表2所示。

其中，S為符號(hào)位，20為L(zhǎng)SB。如果CR的滿(mǎn)偏值為F，則其LSB的計(jì)算公式如下：

（1）

若CR的讀數(shù)為M，取樣電阻為值RSNS，則實(shí)際的電流值為：

（2）

電流方向由S位確定。若滿(mǎn)偏值F為±64mV，則LSB為±15.625μV；RSNS為10mΩ時(shí)最大電流為±6.4A。若M為768，則實(shí)際電流為。

ACR為取樣電阻兩端電壓的累積值，典型的16bitACR如表3所示。

其中，S為符號(hào)位，20為L(zhǎng)SB。如果ACR的滿(mǎn)偏值為F，則LSB的計(jì)算公式如下：

（3）

凈電荷量由S位確定。若滿(mǎn)偏值F為±204.84mVh，則LSB為±6.25μVh；RSNS為10mΩ時(shí)最大電量為±20.48Ah。若M為7680，則實(shí)際電量為。

結(jié)語(yǔ)

本文在介紹了電池電量計(jì)的原理之后，給出了一些簡(jiǎn)單的計(jì)算公式。設(shè)計(jì)者可以方便的從電量計(jì)讀數(shù)中計(jì)算出真實(shí)電量，從而加快設(shè)計(jì)過(guò)程。檢測(cè)普通鋅錳干電池的電量是否充足，通常有兩種方法。第一種方法是通過(guò)測(cè)量電池瞬時(shí)短路電流來(lái)估算電池的內(nèi)阻，進(jìn)而判斷電池電量是否充足；第二種方法是用電流表串聯(lián)一只阻值適當(dāng)?shù)碾娮瑁ㄟ^(guò)測(cè)量電池的放電電流計(jì)算出電池內(nèi)阻，從而判斷電池電量是否充足。

第一種方法的最大優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)便，用萬(wàn)用表的大電流檔就可直接判斷出干電池的電量，缺點(diǎn)是測(cè)試電流很大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)干電池允許放電電流的極限值，在一定程度上影響干電池使用壽命。第二種方法的優(yōu)點(diǎn)是測(cè)試電流小，安全性好，一般不會(huì)對(duì)干電池的使用壽命產(chǎn)生不良影響，缺點(diǎn)是較為麻煩。

筆者用MF47型萬(wàn)用表對(duì)一節(jié)新2號(hào)干電池和一節(jié)舊2號(hào)干電池分別用上述兩種方法進(jìn)行測(cè)試對(duì)比。假設(shè)ro是干電池內(nèi)阻，RO是電流表內(nèi)阻，用第二種測(cè)試方法時(shí)，RF是附加的串聯(lián)電阻，阻值3Ω，功率2W。

實(shí)測(cè)結(jié)果如下。新2號(hào)電池E=1.58V（用2.5V直流電壓檔測(cè)量），電壓表內(nèi)阻為50kΩ，遠(yuǎn)大于ro，故可近似認(rèn)為1.58V是電池的電動(dòng)勢(shì)，或稱(chēng)開(kāi)路電壓。用第一種方法時(shí)，萬(wàn)用表置5A直流電流檔，電表內(nèi)阻RO=0.06Ω，測(cè)得電流為3.3A。所以ro+RO=1.58V÷3.3A≈0.48Ω，ro=0.48-0.06=0.42Ω。用第二種方法時(shí)，測(cè)得電流為0.395A，RF+ro+RO=1.58V÷0.395A=4Ω，電流500mA檔內(nèi)阻為0.6Ω，所以ro=4-3-0.6=0.4Ω。

舊2號(hào)電池用第一種方法測(cè)量時(shí)，先測(cè)得開(kāi)路電壓E=1.2V，電表內(nèi)阻RO=6Ω，讀數(shù)為6.5mA，萬(wàn)用表置50mA直流電流檔，ro+RO=1.2V÷0.0065A≈184.6Ω，ro=184.6-6=178.6Ω。用第二種方法，測(cè)得電流為6.3mA，ro+RO+RF=1.2V÷0.0063A=190.5Ω，ro=190.5-6-3=181.5Ω。

顯然兩種測(cè)試方法的結(jié)果基本一致。最終計(jì)算結(jié)果的微小差別是由于讀數(shù)誤差、電阻RF的誤差以及接觸電阻等多方面因素造成的，這種微小誤差不致影響對(duì)電池電量的判斷。如果被測(cè)電池的容量小、電壓高（例如15V、9V疊層電池），則應(yīng)將RF的阻值適應(yīng)增大。